CN208548758U - 一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，包括发射器，接收器，数据处理机构和ADS工具；发射器包括由多个发射线圈构成的发射线圈阵列，以及用于检测发射线圈的电路参数的发射监测模块；接收器包括一个接收线圈，以及用于检测接收线圈的电路参数的接收监测模块；发射监测模块和接收监测模块均与数据处理机构电连接，ADS工具与接收器电连接。该实用新型采用多个发射线圈，并通过数据处理机构得到多个发射线圈的最佳电流分配方案，利用最佳电流分配的补偿，抵消掉在线圈中的部分损耗，解决了现有动态无线电力系统在接收器未对准时系统效率下降的问题，实现了提高动态无线供电系统的传输功率和传输效率的目的。

Description

一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统

技术领域

本实用新型属于无线电力传输技术领域，具体涉及一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，用于优化动态无线电力传输（D-WPT）技术应用中发射电流的调制效率和传输功率。

背景技术

无线电力传输(Wireless Power Transmission,WPT)也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，无线电力传输技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破，无线电力传输在军事、通信、工业、医疗、运输、电力、航空航天、节能环保等领域呈现良好的应用前景。

无线电力传输(WPT)已经被提出取代已经广泛应用的有线电力传输，动态无线电力传输(D-WPT)技术是建立在WPT技术基础之上的，其将电力无线传输到移动的接收器，D-WPT有望应用于电动汽车、生物医学应用、机器人技术及制造应用。

然而，在分段发射器阵列类型的D-WPT系统中，由于发射器的电流不能被控制，当接收器未对准时，发射器线圈远离接收器引起的较低的反射阻抗，导致D-WPT系统较低的传输功率和较高的损耗，从而导致效率下降。

目前，国内外的研究人员对无线电力传输技术进行了大量研究，在动态无线电力传输领域取得了卓有成效的成果，但现有的系统大多未考虑最佳的发射器电流分配的方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有动态无线电力传输系统在接收器未对准时系统效率下降的问题。

为此，本实用新型提供了一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，包括发射器，接收器，数据处理机构和ADS工具；所述发射器包括由多个发射线圈构成的发射线圈阵列，以及用于检测发射线圈的电路参数的发射监测模块；所述接收器包括一个接收线圈，以及用于检测接收线圈的电路参数的接收监测模块；所述发射监测模块和接收监测模块均与所述数据处理机构电连接，所述ADS工具与所述接收器电连接。

进一步的，所述发射器中发射线圈阵列由三个发射线圈组成。

进一步的，所述数据处理机构包括将发射监测模块和接收监测模块检测的电路参数模拟出发射线圈中电流的处理模块，以及网络分析仪；所述发射器还包括发射电流转换器，所述接收器还包括接收电流转换器，所述发射监测模块和接收监测模块均与所述处理模块连接，所述发射电流转换器和接收电流转化器均与网络分析仪连接。

进一步的，所述处理模块为采用N维笛卡尔坐标系进行数据转换模拟的模块。

进一步的，所述接收线圈包括串联的接收磁感线、接收电容器、接收线路电阻和负载电阻，所述发射线圈包括串联的发射磁感线、发射电容器、发射线路电阻和交流电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统使用多个发射线圈，通过数据处理机构得到多个发射线圈的最佳电流分配方案，利用最佳电流分配的补偿，抵消掉在线圈中的部分损耗，降低了误差的负面影响，从而提高系统的传输功率和传输效率。

(2)本实用新型提供的这种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统使用串联电路补偿接收器的线路损耗，提高了其接收效率，而且该无线供电系统中对发射线圈的最佳电流分布的调整过程简单。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型无线供电系统的结构示意图；

图2是本实用新型无线供电系统的等效电路图。

附图标记说明：1、发射线圈；2、接收线圈；3、网络分析仪；4、ADS工具。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，包括发射器，接收器，数据处理机构和ADS工具4；所述发射器包括由多个发射线圈1构成的发射线圈阵列，以及用于检测发射线圈1的电路参数的发射监测模块；所述接收器包括一个接收线圈2，以及用于检测接收线圈2的电路参数的接收监测模块；所述发射监测模块和接收监测模块均与所述数据处理机构电连接，所述ADS工具4与所述接收器电连接。其中，ADS工具4为包含有ADS（Advanced Design System 先进设计系统）的设备。本实施例中通过发射监测模块测量发射线圈1的电路参数（电压、电流、电阻、电容、电感），同时接收监测模块同样测量接收线圈2的电路参数（电压、电流、电阻、电容、电感），发射监测模块和接收监测模块将测量的电路参数传输到数据处理机构，数据处理机构根据获得的电路参数模拟出发射线圈中的电流，并分析输入功率的大小，ADS工具4显示接收器接收的电流信号，根据测量比较结果，得到功率最大结果时的发射线圈1中电流分布，手动调制发射器电流，使得系统的功率达到此最大值，此时发射器中各发射线圈1的电流分布即是发射电流的最佳分布；本实施例的无线供电系统利用最佳电流分配的补偿，抵消掉在线圈中的部分损耗，从而提高系统的传输功率和传输效率。

细化的实施方式，所述数据处理机构中包括用于将发射监测模块和接收监测模块检测的电路参数模拟出发射线圈中电流的处理模块，所述发射监测模块和接收监测模块均与所述处理模块连接；具体的，所述处理模块为采用N维笛卡尔坐标系进行数据转换模拟的模块，此模块为现有技术，其工作原理此处不再赘述。发射监测模块和接收监测模块检测的电路参数（电压、电流、电阻、电容、电感数据）传输至处理模块中，处理模块通过N维笛卡尔坐标系等价类比模拟出发射线圈中的电流，分析输入功率的最大值，以此来得到发射线圈电流的最佳分配方案。而为了使得测量结果更加精确，所述数据处理机构还包括网络分析仪3，所述发射器还包括发射电流转换器，所述接收器还包括接收电流转换器，所述发射电流转换器和接收电流转化器均与网络分析仪3连接，通过网络分析仪3测量散射参数，对数据处理机构接收的测量值进行校正，以达到精确测量值，而发射电流转换器和接收电流转化器则是负责将电流信号转化为网络分析仪3可识别的信号后传输到网络分析仪3。

另外，如图2所示，所述接收线圈2包括串联的接收磁感线Lr、接收电容器Cr、接收线路电阻Rr和负载电阻RL，所述发射线圈1包括串联的发射磁感线L1(或L2或L3)、发射电容器C1(或C2或C3)、发射线路电阻R1(或R2或R3)和交流电源AC。本实施例使用串联电路补偿接收器的线路损耗，提高其接收效率，因并联补偿中决定电容值的耦合因数是D-WPT应用中的变量，以此来简化最佳电流分布的调整过程。

优化的实施方式，本实施例发射器中发射线圈阵列由三个发射线圈1组成，既能提高传输功率和传输效率，又能简化系统复杂程度。发射线圈1数量越多，传输功率和传输效率会表现更好，但发射线圈1数量增加的同时也增加了控制的复杂程度，另一方面，通过增加额外的发射线圈1也会减少边际性能。

综上所述，本实用新型提供的这种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统采用多个发射线圈，并通过数据处理机构得到多个发射线圈的最佳电流分配方案，利用最佳电流分配的补偿，抵消掉在线圈中的部分损耗，解决了现有动态无线电力系统在接收器未对准时系统效率下降的问题，实现了提高动态无线供电系统的传输功率和传输效率的目的。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，其特征在于：包括发射器，接收器，数据处理机构和ADS工具；所述发射器包括由多个发射线圈构成的发射线圈阵列，以及用于检测发射线圈的电路参数的发射监测模块；所述接收器包括一个接收线圈，以及用于检测接收线圈的电路参数的接收监测模块；所述发射监测模块和接收监测模块均与所述数据处理机构电连接，所述ADS工具与所述接收器电连接。

2.如权利要求1所述的实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，其特征在于：所述发射器中发射线圈阵列由三个发射线圈组成。

3.如权利要求1所述的实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，其特征在于：所述数据处理机构包括将发射监测模块和接收监测模块检测的电路参数模拟出发射线圈中电流的处理模块，以及网络分析仪；所述发射器还包括发射电流转换器，所述接收器还包括接收电流转换器，所述发射监测模块和接收监测模块均与所述处理模块连接，所述发射电流转换器和接收电流转化器均与网络分析仪连接。

4.如权利要求3所述的实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，其特征在于：所述处理模块为采用N维笛卡尔坐标系进行数据转换模拟的模块。

5.如权利要求1所述的实现分段动态最佳发射电流的无线供电系统，其特征在于：所述接收线圈包括串联的接收磁感线、接收电容器、接收线路电阻和负载电阻，所述发射线圈包括串联的发射磁感线、发射电容器、发射线路电阻和交流电源。